凹凸棒土基纳米控失毒死蜱的制备及其应用

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.220109

摘要/Abstract

摘要：

为提高农药利用率，减少农药流失，降低农药对环境的危害，研究一种以凹凸棒土（Attapulgite， ATP）为载体、毒死蜱（Chlorpyrifos， CPF）为目标农药分子制备能够减少农药流失的纳米控失毒死蜱（Nano Loss Control Chlorpyrifos， NLCC），并通过滤纸和甘蔗叶片研究ATP对CPF的控失效果，利用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线衍射仪（XRD）等表征手段研究了纳米控失毒死蜱的附着机理。最后，通过大田试验探究其实际防治效果。结果表明，凹凸棒土能够通过氢键作用吸附毒死蜱，且凹凸棒土对毒死蜱的附着量在模拟降水前后分别提高5.4和5.6 μg；凹凸棒土对毒死蜱的最大负载量为500 mg/g；玉米螟死亡率在模拟降水前后分别提高了20%；在大田实验中施用NLCC的甘蔗虫株率降低了21%，虫节率降低了4.3%，虫眼数减少了2个/株，株高增加了23.1 cm，也表明纳米控失毒死蜱能够有效降低虫害并在一定程度上促进甘蔗生长。这种能够减少农药流失、提高农药利用率、降低环境污染的简单且具有广泛应用前景的方法，对病虫害防治和绿色农业发展有较好的实用价值。

关键词: 凹凸棒土, 毒死蜱, 控失, 氢键, 大田实验

Abstract:

In order to improve the utilization ratio of pesticides and reduce the harm of pesticides to the environment， nano loss control chlorpyrifos （NLCC） is fabricated by loading chlorpyrifos （CPF） on attapulgite （ATP）. The loss control effect of ATP on CPF is studied by filter paper and sugarcane leaves and the interaction of NLCC system is studied by SEM， FT-IR， XRD， and so on. Furthermore， the loss control effect of ATP on CPF is also investigated by field test. These results show that ATP could adsorb CPF by hydrogen bonds and the adhesion amount of CPF before and after rainfall increases by 5.4 μg and 5.6 μg， respectively. The maximum loading amount of attapulgite to chlorpyrifos is 500 mg/g. In addition， the mortality of corn borers increases by 20% respectively. Moreover， the field test also shows that NLCC could reduce 21% of sugarcane damaged by pests， 4.3% of sugarcane stalks damaged by pests， and the wormholes of 2 per plant and increase the height by 23.1 cm. These results indicate that NLCC could effectively reduce pests and promote the growth of sugarcane. Therefore， this study provides a simple and practical method for reducing pesticide loss， improving pesticide utilization rate， and decreasing environmental pollution， which has a high application value for the development of green agriculture.

Key words: Attapulgite, Chlorpyrifos, Loss control, Hydrogen bonds, Field test

中图分类号:

O629

蔡冬清, 张靖, 吴庆川, 叶静宏, 汪林颖, 王冬芳. 凹凸棒土基纳米控失毒死蜱的制备及其应用[J]. 应用化学, 2022, 39(11): 1774-1782.

Dong-Qing CAI, Jing ZHANG, Qing-Chuan WU, Jing-Hong YE, Lin-Ying WANG, Dong-Fang WANG. Preparation and Application of Attapulgite Based Nano⁃controlled Chlorpyrifos[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2022, 39(11): 1774-1782.

图/表 7

图 1 NLCC的制备过程及其应用示意图

Fig.1 Schematic illustration of the fabrication process and the mechanism of NLCC

图 2 滤纸表面（A）、附着ATP的滤纸表面（B）和附着纳米控失毒死蜱的滤纸表面（C）的扫描电子显微镜图；（D）滤纸表面CPF附着量与ATP添加量的关系图

Fig.2 SEM images of filter paper （A）， ATP+filter paper （B）， NLCC+filter paper （C）. Influence of ATP amount on the adhesion amount of CPF in the surface of filter paper （D）

图 3 甘蔗叶片表面（A）、CPF （B）、附着CPF的甘蔗叶片表面（C）、附着ATP的甘蔗叶片表面（D）和附着纳米控失毒死蜱的甘蔗叶片表面（E）的SEM图；（F）甘蔗叶片表面CPF附着量与ATP添加量的关系图

Fig.3 SEM images of sugarcane leaf （A）， CPF （B）， CPF+sugarcane leaf （C）， ATP+sugarcane leaf （D） and NLCC+sugarcane leaf （E）； Influence of ATP amount on the adhesion amount of CPF in the surface of sugarcane leaf （F）

图 4 ATP、CPF、ATP+CPF的FT-IR谱图（A）和XRD谱图（B）； ATP和ATP+CPF的N2吸附-脱附等温线（C）、孔径分布图（D）； ATP （E）和ATP+CPF热重曲线（F）； ATP吸附CPF的机理图（G）

Fig.4 FT-IR spectra （A） and XRD patterns （B） of ATP， CPF and ATP+CPF； N2 adsorption-desorption isotherms （C） and pore size distributions （D） of ATP and ATP+CPF； TGA curves of ATP （E） and ATP+CPF （F）； Schematic diagram of CPFFP adsorption by ATP （G）

图 5 模拟降水前后CPF、NLCC及对照组（ck）在不同条件下处理0和6 h的照片（A）及6 h内对玉米螟死亡率影响（B）

Fig.5 （A） Digital photographs of corn borers treated by CPF， NLCC and control check （ck） before and after simulated precipitation. （B） The mortality of corn borers within 6 h

图 6 50 mg ATP对不同浓度CPF的负载量

Fig.6 Loading amount of CPF in different concentration by 50 mg ATP

图 7 甘蔗的虫株率（A）、虫节率（B）、虫眼数（C）和株高：ck和纳米控失毒死蜱（D）

Fig.7 （A） Percentage of sugarcane damaged by pests；（B） Percentage of sugarcane stalks damaged by pests；（C） The number of wormholes on sugarcane；（D） Sugarcane height： ck and NLCC

参考文献 25

1	SINGH A， DHIMAN N， KAR A K， et al. Advances in controlled release pesticide formulations： prospects to safer integrated pest management and sustainable agriculture［J］. J Hazard Mater， 2020， 385： 121525.
2	ZHAO X， CUI H X， WANG Y， et al. Development strategies and prospects of nano-based smart pesticide formulation［J］. J Agric Food Chem， 2018， 66（26）： 6504-6512.
3	BEKETOV M A， KEFFORD B J， SCHAFER R B， et al. Pesticides reduce regional biodiversity of stream invertebrates［J］. Proc Natl Acad Sci USA， 2013， 110（27）： 11039-11043.
4	SHOU C G， DU H S， LIU X P. Research progress of source and mechanism of agricultural non-point source pollution in China［J］. Appl Ecol Environ Res， 2019， 17（5）： 10611-10621.
5	SILVA V， MOL H G J， ZOMER P， et al. Pesticide residues in European agricultural soils-a hidden reality unfolded［J］. Sci Total Environ， 2019， 653： 1532-1545.
6	KIM K H， KABIR E， JAHAN S A. Exposure to pesticides and the associated human health effects［J］. Sci Total Environ， 2017， 575： 525-535.
7	陈超文，刘彬，吴正岩. 基于水凝胶体系的磷酸根响应控释农药释放行为分析［J］. 分析化学， 2020， 48（11）： 1583-1589.
	CHEN C W， LIU B， WU Z Y. Release behavior of hydrogel-based PO₄ ^3--responsive controlled release pesticide［J］. Chinese J Anal Chem， 2020， 48（11）： 1583-1589.
8	BHAGAT D， SAMANTA S K， BHATTACHARYA S. Efficient management of fruit pests by pheromone nanogels［J］. Sci Rep， 2013， 3： 1294.
9	KUMAR S， CHAUHAN N， GOPAL M， et al. Development and evaluation of alginate-chitosan nanocapsules for controlled release of acetamiprid［J］. Int J Biol Macromol， 2015， 81： 631-637.
10	LI R X， XIE H G， ZHANG C G， et al. ROS-responsive polymeric micelle for improving pesticides efficiency and intelligent release［J］. J Agric Food Chem， 2020， 68（34）： 9052-9060.
11	NATARAJAN J V， NUGRAHA C， NG X W， et al. Sustained-release from nanocarriers： a review［J］. J Controlled Release， 2014， 193： 122-138.
12	王文波，牟斌，张俊平，等. 凹凸棒石：从矿物材料到功能材料［J］. 中国科学：化学， 2018， 48（12）： 1432-1451.
	WANG W B， MU B， ZHANG J P， et al. Attapulgite： from clay minerals to functional materials［J］. Sci Sin： Chim， 2018， 48（12）： 1432-1451.
13	周红军，周新华，黄俊源，等. 啶虫脒/席夫碱改性凹凸棒土缓释体系的制备与性能［J］. 精细化工， 2017， 34（3）： 256-261， 293.
	ZHOU H J， ZHOU X H， HUANG J Y， et al. Preparation and properties of slow-released system of acetamiprid/schiff base modified attapulgite［J］. Fine Chem， 2017， 34（3）： 256-261， 293.
14	CHENG W C， DING C C， SUN Y B， et al. Fabrication of fungus/attapulgite composites and their removal of U（VI） from aqueous solution［J］. Chem Eng J， 2015， 269： 1-8.
15	DUAN Z H， ZHAO Q N， WANG S， et al. Novel application of attapulgite on high performance and low-cost humidity sensors［J］. Sens Actuators， B， 2020， 305： 127534.
16	XIE L H， LIU M Z， NI B L， et al. Slow-release nitrogen and boron fertilizer from a functional superabsorbent formulation based on wheat straw and attapulgite［J］. Chem Eng J， 2011， 167（1）： 342-348.
17	SUN X， LIU Z J， ZHANG G L， et al. Reducing the pollution risk of pesticide using nano networks induced by irradiation and hydrothermal treatment［J］. J Environ Sci Health， Part B， 2015， 50（12）： 901-907.
18	CAI D Q， WANG L H， ZHANG G L， et al. Controlling pesticide loss by natural porous micro/nano composites： straw ash-based biochar and biosilica［J］. ACS Appl Mater Interfaces， 2013， 5（18）： 9212-9216.
19	HUAGN Y H， ZHANG W P， PANG S M， et al. Insights into the microbial degradation and catalytic mechanisms of chlorpyrifos［J］. Environ Res， 2021， 194：110660.
20	XIANG Y B， WANG M， SUN X， et al. Controlling pesticide loss through nanonetworks［J］. ACS Sustainable Chem Eng， 2014， 2（4）： 918-924.
21	XIANG Y B， HAN J， ZHANG G L， et al. Efficient synthesis of starch-regulated porous calcium carbonate micropheres as a carrier for slow-release herbicide［J］. ACS Sustainable Chem Eng， 2018， 6（3）： 3649-3658.
22	BHAVYA M B， MANIPPADY S R， SAXENA M， et al. Gold nanorods as an efficient substrate for the detection and degradation of pesticides［J］. Langmuir， 2020， 36（26）： 7332-7344.
23	XIANG Y B， ZHANG G L， CHEN C W， et al. Fabrication of a pH-responsively controlled-release pesticide using an attapulgite-based hydrogel［J］. ACS Sustainable Chem Eng， 2018， 6（1）： 1192-1201.
24	XU J L， REN S B， KANG C H， et al. Study on the ball milling modification of attapulgite［J］. Mater Res Express， 2020， 7（11）： 115006.
25	LIU J X， ZHANG X G， ZHANG Y Q. Preparation and release behavior of chlorpyrifos adsolubilized into lay-ered zinc hydroxide nitrate intercalated with dodecylbenzenesulfonate［J］. ACS Appl Mater Interfaces， 2015， 7（21）： 11180-11188.

[1]	张伟强, 王晨, 赵玉荣, 王栋, 王继乾, 徐海. 短肽超分子自组装驱动力及调控策略的研究发展[J]. 应用化学, 2022, 39(8): 1190-1201.
[2]	牧仁, 那顺, 那仁朝格图, 李重九. 二甲基亚砜对乙酸气相色谱保留时间的影响及其机理[J]. 应用化学, 2022, 39(5): 852-854.
[3]	解晓明, 张嘉琦. 氢键作用驱动原花青素构筑水基抗菌黏合剂[J]. 应用化学, 2022, 39(10): 1533-1542.
[4]	李孟微, 王红言, 王莹莹, 康晓颖, 刘美芳, 陈于蓝. 基于偶氮苯-4，4'-二羧酸衍生物的水相超分子自组装[J]. 应用化学, 2021, 38(10): 1362-1370.
[5]	程尹杰, 张路, 胡仁杰, 王莹, 金学昕, 仇硕, 张颢严, 姜大伟. 氢键型碳纳米管增强自修复复合材料的制备和表征[J]. 应用化学, 2020, 37(10): 1147-1155.
[6]	周凯,翁莹,侯青青,娄本勇. 黄连素-染料木素有机盐水合物的制备、晶体结构及溶解性[J]. 应用化学, 2019, 36(2): 230-235.
[7]	王冰, 黄晓斌, 赵姗, 张建斌, 吕岩, 吕国军, 马小军. 联合载体用于改善白藜芦醇固体分散体性能[J]. 应用化学, 2016, 33(12): 1383-1388.
[8]	薛蒙伟,潘兆瑞,石翛然,邵阳. 一种银配合物的合成、晶体结构和荧光性质[J]. 应用化学, 2015, 32(10): 1127-1133.
[9]	姚元勇, 吴兰艳, 舒华, 唐帮成, 薛伟. Bronsted酸催化合成α-氨基膦酸酯[J]. 应用化学, 2014, 31(12): 1428-1433.
[10]	冯辉霞, 高晓红, 陈娜丽, 段玲玲, 张娟, 李汉峰. 钴-席夫碱-壳聚糖/凹凸棒土对苯乙烯环氧化的催化性能[J]. 应用化学, 2014, 31(02): 159-164.
[11]	朱维菊, 高华, 李村, 吴振玉, 方敏. 氨基硅烷偶联剂改性凹凸棒土的制备及其吸附性能[J]. 应用化学, 2012, 29(02): 180-185.
[12]	徐恒志, 王焕, 鲍俊杰, 黄毅萍, 许戈文. 水性聚氨酯硬段含量对其氢键相互作用及性能的影响[J]. 应用化学, 2011, 28(07): 770-776.
[13]	陈田田, 韦长梅, 薛爱莲, 王锦堂. 胍改性凹凸棒土对甲基橙的吸附[J]. 应用化学, 2011, 28(07): 809-814.
[14]	李丽芳, 孔祥洁, 代绍凯, 王莉. 电解质和pH值对毒死蜱微乳液透明温度范围的影响[J]. 应用化学, 2010, 27(05): 558-562.
[15]	李芳芳, 高翔. 有机富勒烯化合物的逆环加成反应[J]. 应用化学, 2010, 27(01): 1-11.